عندما نجلس لوضع تصور للسلامة الهيكلية والأداء الكهروميكانيكي لكهرباء 330 كيلو فولت برج خط نقل, نحن لا ننظر فقط إلى ترتيب هيكلي من الفولاذ المجلفن; بدلاً, نحن نتعامل مع حل معماري عالي المخاطر لمشكلة انهيار العزل الكهربائي في الغلاف الجوي والسحب المستمر لأحمال الجاذبية والبيئة. تعتبر عتبة 330 كيلو فولت نقطة وسيطة رائعة في الجهد العالي الإضافي (إهف) نطاق, غالبًا ما يكون بمثابة العمود الفقري للتوصيلات الإقليمية حيث قد يكون 500 كيلو فولت مبالغًا فيه ولكن 220 كيلو فولت يفتقر إلى كثافة الطاقة اللازمة للتغلب على هذه المشكلة. $I^{2}R$ الخسائر الكامنة في نقل الطاقة بالجملة لمسافات طويلة. لتحليل هذا المنتج حقا, يجب على المرء أولاً أن يهتم بهندسة الشبكة وكيف أن اختيار الفولاذ عالي القوة Q355B أو Q420 يحدد نسب النحافة لأعضاء الساق. نبدأ بالنظر إلى البرج باعتباره شعاعًا ناتئًا رأسيًا, يتعرض لمزيج معقد من القوى بما في ذلك الوزن الثابت لـ ACSR (موصل الألمنيوم بالفولاذ المقوى) حزم, الذبذبات الديناميكية الناتجة عن تساقط دوامة كرمان, وقوى السحب الطولية الهائلة التي تحدث أثناء سيناريو الأسلاك المكسورة.

الفلسفة الهيكلية: تحسين الشبكة وتحميل الرياح

يبدأ تصميم برج 330 كيلو فولت بالاختيار الأساسي لـ “وَسَط” و “قفص” أبعاد. في تكوين شعرية نموذجي ذاتية الدعم, يرتبط عرض قاعدة البرج رياضيًا بلحظة الانقلاب. إذا ذهبنا إلى نطاق ضيق للغاية بحيث لا نتمكن من توفير البصمة أو تكاليف حيازة الأراضي, نقوم بزيادة ضغوط الضغط والشد على قاعدة الأساس, مما يستلزم أرصفة خرسانية ضخمة قد تعوض التوفير في الفولاذ. يجب أن نأخذ في الاعتبار معامل السحب ($C_{d}$) من أعضاء الزاوية الفردية. عند 330 كيلو فولت, يتراوح ارتفاع البرج غالبًا من 30 إلى 50 متر, وضع الأذرع المتقاطعة العلوية مباشرة في مسار الرياح الصفائحية ذات السرعة الأعلى. نحن نستخدم قانون الطاقة أو القانون اللوغاريتمي لاستقراء سرعات الرياح من الارتفاع المرجعي القياسي البالغ 10 أمتار إلى الارتفاع الفعلي لمرفقات الموصل. تخلق شدة الاضطراب عند هذه الارتفاعات دورة إرهاق يقلل معظم المصممين من أهميتها; تسبب كل عاصفة انحرافًا مجهريًا في المفاصل الشبكية, جعل اختيار البراغي عالية القوة M16 إلى M24 ومواصفات عزم الدوران اللاحقة مسألة بقاء هيكلي طويل المدى بدلاً من مجرد التجميع البسيط.

التحرك بشكل أعمق في الأعشاب التقنية, علينا أن نعالج “تأثير الحزمة.” عند 330 كيلو فولت, نرى دائمًا تكوين موصل مزدوج الحزمة. هذا لا يتعلق فقط بالقدرة الاستيعابية الحالية; يتعلق الأمر بإدارة تدرج الجهد السطحي. إذا كانت شدة المجال الكهربائي على سطح الموصل أكبر من “الجهد البداية” من الهواء المحيط, نحصل على تفريغ الهالة - ذلك الصوت الطنان المميز الذي يمثل الإيرادات المفقودة والتداخل الكهرومغناطيسي. يجب تصميم الذراع المتقاطعة للبرج بـ “نافذة” كبيرة بما يكفي للحفاظ على الحد الأدنى من فجوة الهواء (تخليص) حتى عندما يتأرجح سلسلة العازل 45 درجة أو أكثر بسبب الرياح المتقاطعة. وهنا يأتي دور تأثير P-Delta; حيث أن البرج يميل قليلاً تحت ضغط الرياح, يخلق الوزن الرأسي للموصلات لحظة غريبة الأطوار إضافية يجب على برنامج التحليل الهيكلي تكرارها حتى التقارب. نحن نقوم بشكل أساسي بتصميم هيكل يجب أن يظل مرنًا في ظل فترة عودة مدتها 50 عامًا مع توقع العواصف غير المرنة “التواء” سلوك تستعد قطري إذا أ “انفجار” أو “انفجار صغير” الحدث يتجاوز حد التصميم.

الخلوصات الكهربائية وديناميكيات العازل

القلب الكهربائي للبرج 330 كيلو فولت هو مخطط الخلوص. يجب علينا أن نأخذ في الاعتبار ثلاثة شروط متميزة: الجهد تردد الطاقة (عملية قياسية), طفرة التبديل (العابرين الداخليين), والدافع البرق (العابرين الخارجيين). لنظام 330 كيلو فولت, ال “الحد الأدنى من الفجوة” عادة ما يكون في حي 2.2 إلى 2.8 متر حسب الارتفاع. ومع ذلك, علينا أيضا أن نفكر في “الركض” من الموصلات - تلك ذات التردد المنخفض, تذبذبات عالية السعة ناجمة عن تراكم الجليد غير المتماثل على الأسلاك. إذا لم يتم تصميم البرج بمسافة رأسية كافية بين المراحل (ال “مرحلة إلى مرحلة” تخليص), يمكن أن تسبب عاصفة من الرياح وميضًا كهربائيًا في منتصف المدى, تعثر الخط بأكمله. العوازل نفسها, سواء كان الزجاج المقسى أو مطاط السيليكون المركب, بمثابة الواجهة الميكانيكية بين السلك الحي والفولاذ المؤرض. يؤثر تكوين السلسلة V أو I-string المختار للبرج على “زاوية التأرجح.” سلسلة V تحمل الموصل بشكل أكثر صلابة, السماح بحقوق مرور أضيق ونوافذ برجية أصغر, ولكنه يضاعف تكلفة العازل ويزيد من الحمل الرأسي على أطراف الذراع المتقاطعة.

نظام التأريض (التأريض) هو البطل المجهول للبرج 330 كيلو فولت. البرج عبارة عن مانعة صواعق عملاقة. عندما يضرب البرق سلك الدرع العلوي (OPGW أو حبلا الصلب), يندفع التيار إلى أسفل جسم البرج. إذا “مقاومة برج القدم” مرتفع جدًا – على سبيل المثال, على 10 إلى 15 أوم - سيرتفع الجهد الكهربائي عند قمة البرج إلى درجة كبيرة “يومض مرة أخرى” إلى الموصل. هذا هو “فلاش خلفي.” لمنع هذا, نحن نستخدم مجموعة تأريض شعاعي متطورة أو أقطاب كهربائية عميقة, التأكد من أن مقاومة ارتفاع البرج تظل منخفضة بما يكفي لتحويل كيلو أمبير من التيار إلى الأرض دون تدمير سلاسل العازل. وعلينا أيضًا أن نأخذ في الاعتبار “زاوية التدريع.” تم حساب موضع الأسلاك الأرضية عند قمة البرج باستخدام النموذج الكهرومغناطيسي (اجتماع الجمعية العامة العادية) للتأكد من أن الموصلات تقع ضمن “الظل” من أسلاك الدرع, وحمايتهم من ضربات البرق المباشرة.

علوم المواد والمقاومة البيئية

من وجهة النظر المعدنية, يعد البرج 330 كيلو فولت بمثابة فئة متقدمة في مقاومة التآكل الجوي. لأن من المتوقع أن تقف هذه الأبراج ل 50 سنوات في بيئات تتراوح من السهول الساحلية الرطبة إلى الصحاري القاحلة على ارتفاعات عالية, تعتبر عملية الجلفنة بالغمس الساخن أمرًا بالغ الأهمية. نحن لا نرسم الفولاذ فحسب; نحن نقوم بإنشاء رابطة معدنية حيث توفر طبقات سبائك الزنك والحديد الحماية المضحية. سمك هذا الطلاء, غالبا ما تقاس بالميكرون (عادة 85μm إلى 100μm لهذه الفولتية), يتم تحديده بواسطة محتوى السيليكون في الفولاذ, الذي يتحكم في “تأثير ساندلين.” إذا كان محتوى السيليكون موجودًا في “خطأ” يتراوح, يصبح طلاء الزنك هشًا ورماديًا, يتقشر ويترك الفولاذ الهيكلي عرضة للصدأ. ويجب علينا أيضًا أن نأخذ في الاعتبار “الكسر الهش” من الفولاذ في درجات حرارة تحت الصفر. تم التحقيق في سلوك صواري الصلب الشبكية في الأدب, نحدد “تم اختبار التأثير” صلب (مثلا, Q355D أو E) للتأكد من أن الشبكة لا تتحطم مثل الزجاج عندما تضربها عاصفة مفاجئة من الرياح في ليلة -40 درجة مئوية.

دقة التصنيع المطلوبة لهذه الأبراج هائلة. يتم ثقب أو حفر كل ثقب للمسامير بدقة CNC, في هيكل شعرية مع الآلاف من الأعضاء, خطأ 2 مم في لوحة مجمعة في القاعدة سوف يتضخم إلى 200 مم في الذروة. هذا “التحميل المسبق” أو “النقص الأولي” يمكن أن يقلل بشكل كبير من قوة التواء الأرجل الرئيسية. عندما نحاكي “حالات التحميل,” نحن لا ننظر فقط “الطقس العادي.” نحن نحاكي “الجليد الثقيل,” “الأسلاك المكسورة في المرحلة أ,” “التحميل الالتوائي من الجليد غير المستوي,” وحتى “تحميل البناء” حيث يؤدي وزن عامل الخط ومعدات الشد إلى خلق ضغوط موضعية لم يكن من المفترض أن يتعامل معها البرج في حالته النهائية.